FR3046113A1 - Vehicule comportant un moteur electrique et un systeme d'alimentation electrique - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un véhicule (10) comportant un moteur électrique et un système d'alimentation (20) comportant : • un dispositif de connexion propre à recevoir d'une source externe un premier courant pour l'alimentation du moteur, • un dispositif de stockage d'énergie électrique (25) propre à générer un deuxième courant pour l'alimentation du moteur, • un dispositif de commutation électrique (30) propre à commuter entre une première position dans laquelle le dispositif de commutation (30) alimente le moteur avec le premier courant et une deuxième position dans laquelle le dispositif de commutation (30) alimente le moteur avec le deuxième courant, et • un premier circuit de refroidissement, le premier circuit de refroidissement comprenant un premier échangeur de chaleur propre à refroidir le dispositif de stockage d'électricité (25) et un deuxième échangeur de chaleur propre à refroidir le dispositif de commutation électrique (30).

Description

Véhicule comportant un moteur électrique et un système d’alimentation électrique
La présente invention concerne un véhicule comportant un moteur électrique et un système d’alimentation.
Il est fréquent que des véhicules électriques soient alimentés électriquement par une source d’énergie électrique externe au véhicule. C’est notamment le cas pour des véhicules de transport en commun dont le trajet est prédéfini, et pour lesquels des installations d’alimentation telles que des lignes aériennes peuvent donc être disposées le long du trajet.
Cependant, de telles lignes aériennes sont disgracieuses et présentent un obstacle à la circulation d’autres véhicules de gabarit imposant. Les lignes aériennes ne sont donc pas adaptées à tous les lieux, et forment parfois un frein à l’installation de telles lignes de transport en commun.
Des installations d’alimentation de remplacement existent, telles que par exemple des rails d’alimentation par le sol. Cependant, de telles solutions sont complexes techniquement, et onéreuses. En outre, en cas de défaillance d’un rail d’alimentation par le sol immobilisant le véhicule sur place, il est difficile d’intervenir sans déplacer le véhicule.
Il est donc fréquent que les véhicules électriques alimentés depuis une source externe comprennent des batteries de stockage d’électricité permettant de déplacer le véhicule en cas de défaillance de la source, ou sur des tronçons du parcours qui ne sont pas équipés d’une installation d’alimentation pour les raisons mentionnées ci-dessus. Le système d’alimentation du véhicule comporte alors, en sus des batteries, un dispositif de commutation permettant de commuter l’alimentation du moteur entre les différentes sources possibles et les batteries, et un chargeur prévu pour recharger les batteries lorsque le véhicule est alimenté par une source externe.
La fiabilité de tels systèmes d’alimentations est susceptible d’être diminuée par une chaleur trop importante. En particulier, le dispositif de commutation est un dispositif électronique complexe qui dégage de la chaleur et nécessite donc d’être refroidi pour fonctionner correctement. La durée de vie des batteries et du chargeur diminue aussi lorsque la température augmente, et ces équipements sont donc en général pourvus d’ouvertures d’aération donnant sur l’extérieur.
Cependant, de tels systèmes d’alimentation ne sont pas adaptés à une utilisation dans des pays où la température est trop élevée. En particulier, le refroidissement par convection des batteries et du chargeur n’est pas suffisant. En outre, l’entrée de poussières dans les équipements à travers des ouvertures d’aération diminue également la durée de vie et la fiabilité du système d’alimentation.
Il existe donc un besoin pour un véhicule électrique dont le système d’alimentation électrique soit plus fiable que les systèmes d’alimentations de l’état de la technique. A cet effet, il est proposé un véhicule comportant un moteur électrique et un système d’alimentation, le système d’alimentation comportant un dispositif de connexion propre à recevoir d’une source externe au véhicule un premier courant pour l’alimentation du moteur, un dispositif de stockage d’énergie électrique propre à générer un deuxième courant pour l’alimentation du moteur, un dispositif de commutation électrique propre à commuter entre une première position dans laquelle le dispositif de commutation alimente le moteur avec le premier courant et une deuxième position dans laquelle le dispositif de commutation alimente le moteur avec le deuxième courant, et un premier circuit de refroidissement, le premier circuit de refroidissement comprenant un premier échangeur de chaleur propre à refroidir le dispositif de stockage d’électricité par circulation d’un fluide de refroidissement et un deuxième échangeur de chaleur propre à refroidir le dispositif de commutation électrique par circulation du fluide de refroidissement.
Suivant des modes de réalisation particuliers, le véhicule comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le véhicule comprend un volume utile et un système de climatisation propre à injecter un flux d’air dans le volume utile, le système de climatisation comprenant une conduite d’injection d’air dans le premier échangeur. - le dispositif de stockage comporte une pluralité d’accumulateurs, le système d’alimentation comportant un chargeur propre à commander l’alimentation individuelle de chaque accumulateur avec un courant électrique de charge et un deuxième circuit de refroidissement distinct du premier circuit de refroidissement, le deuxième circuit de refroidissement reliant le dispositif de commutation au chargeur. - le chargeur comporte un boîtier et un radiateur s’étendant hors du boîtier, le premier circuit de refroidissement étant propre à définir un sens de circulation depuis un amont vers un aval, le premier circuit reliant, dans un ordre allant de l’amont vers l’aval, le premier échangeur, le deuxième échangeur et le radiateur. - le chargeur est interposé entre le dispositif de stockage et le dispositif de commutation. - le dispositif de stockage comporte au moins un accumulateur et le premier échangeur forme un support pour l’accumulateur. - au moins un échangeur est un échangeur à plaques. - le véhicule est un véhicule ferroviaire.
Des caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective partielle d’un véhicule comportant un système d’alimentation électrique, et - la figure 2 est une représentation schématique du système d’alimentation de la figure 1.
Un véhicule 10 est partiellement représenté sur la figure 1. Le véhicule 10 est un véhicule électrique. Cela signifie que le véhicule 10 comporte un moteur électrique propre à propulser le véhicule 10.
Le véhicule 10 est, par exemple, un véhicule ferroviaire. En particulier, le véhicule 10 est un tramway.
En variante, le véhicule 10 est un véhicule routier, c’est-à-dire un véhicule prévu pour circuler sur une voie carrossable non équipée de rails. Par exemple, le véhicule 10 est un trolleybus.
Le véhicule 10 comporte une carrosserie 15, un système de climatisation 17 et un système d’alimentation 20.
La carrosserie 15 délimite un volume utile V du véhicule 10. La carrosserie 15 est configurée pour isoler le volume utile V de l’extérieur du véhicule 10.
La carrosserie 15 est réalisée en un matériau métallique. En variante, la carrosserie 15 est réalisée au moins partiellement en un matériau synthétique.
La carrosserie 15 comporte un toit 22. Le toit 22 est plan. De préférence, lorsque le véhicule 10 est en mouvement dans des conditions normales de fonctionnement, le toit 22 est horizontal, à dix degrés près.
Le volume utile V est configuré pour recevoir des personnes ou des marchandises que le véhicule 10 est propre à transporter.
De préférence, le volume de réception V est configuré pour recevoir des personnes et des marchandises que le véhicule 10 est propre à transporter.
Une température intérieure Ti est définie pour le volume utile V. La température intérieure Ti est définie comme étant la température de l’air contenu dans le volume utile V.
Le système de climatisation 17 est configuré pour maintenir la température intérieure Ti à une valeur prédéfinie. De préférence, le système de climatisation 17 est configuré pour refroidir le volume utile V, c’est-à-dire pour diminuer la température intérieure Ti.
En particulier, le système de climatisation 17 est configuré pour générer un premier flux F1 d’air présentant une température de consigne Te, et pour injecter le premier flux dans le volume utile V.
La température de consigne Te est inférieure strictement à la température interne Ti. La température de consigne Te est, par exemple, égale à 15°C, à un degré près. Le système de climatisation 17 comprend une conduite d’injection 23 du premier flux F1 dans le volume intérieur V.
Le système d’alimentation 20 est configuré pour alimenter électriquement le moteur.
Le système d’alimentation 20 comporte un dispositif de connexion (non représenté), un dispositif de stockage 25, un dispositif de commutation 30, un chargeur 35, un premier circuit de refroidissement 40, et un deuxième circuit de refroidissement 45.
Le dispositif de connexion est configuré pour recevoir, d’une source externe au véhicule 10, un premier courant électrique C1 d’alimentation du moteur. Le dispositif de connexion est, en outre, configuré pour transmettre le premier courant C1 au dispositif de commutation 30.
Le dispositif de connexion comporte, par exemple, un pantographe configuré pour recevoir le premier courant C1 d’une ligne aérienne d’alimentation électrique. En variante ou en complément, le dispositif de connexion est configuré pour recevoir le premier courant C1 d’un rail terrestre d’alimentation électrique.
Le dispositif de stockage 25 est configuré pour générer un deuxième courant électrique C2 d’alimentation du moteur. Le dispositif de stockage 25 est, en outre, configuré pour transmettre le deuxième courant C2 au dispositif de commutation 30.
Le dispositif de stockage 25 comporte une pluralité d’accumulateurs électriques 47.
Il est entendu par « accumulateur » un élément électronique configuré pour être chargé avec un courant électrique de charge Ce et pour se décharger en restituant une partie de l’énergie fournie par le courant électrique de charge Ce.
Par exemple, le dispositif de stockage 25 comprend un ensemble d’accumulateurs 47 raccordés en série formant une batterie. La batterie est, par exemple, une batterie au plomb. Les batteries au plomb sont des batteries fréquemment utilisées dans le domaine des transports, en particulier pour les véhicules automobiles.
Le dispositif de commutation 30 est configuré pour alimenter le moteur avec le premier courant C1. Le dispositif de commutation 30, est, en outre, configuré pour alimenter le moteur avec le deuxième courant C2.
Le dispositif de commutation 30 est configuré pour commuter entre une première position dans laquelle le dispositif de commutation 30 alimente le moteur avec le premier courant C1 et une deuxième position dans laquelle le dispositif de commutation 30 alimente le moteur avec le deuxième courant C2.
Le dispositif de commutation 30 comporte un organe de commutation 50 et un deuxième coffret 55. L’organe de commutation 50 est configuré pour mesurer une valeur d’une tension du premier courant C1 et pour alimenter le moteur avec le deuxième courant C2 si la valeur mesurée est inférieure à un seuil prédéfini.
Le deuxième coffret 55 délimite un premier volume intérieur V1 de réception de l’organe de commutation 50.
Le deuxième coffret 55 est, par exemple, réalisé en un matériau électriquement isolant tel qu’un matériau synthétique.
Le premier volume intérieur V1 est au moins partiellement rempli d’un fluide atmosphérique Fa. Le fluide atmosphérique Fa, est, par exemple, l’air.
Le chargeur 35 est configuré pour alimenter chaque accumulateur 47 avec le courant électrique de charge Ce. De préférence, le chargeur 35 est configuré pour commander une alimentation de chaque accumulateur 47 avec un courant électrique de charge Ce respectif indépendamment de l’alimentation de chaque autre accumulateur 47 avec un courant électrique de charge Ce correspondant.
Le chargeur 35 comporte un boîtier 60, un organe de chargement 65 et un radiateur 70.
Le boîtier 60 délimite un deuxième volume interne V2 de réception de l’organe de chargement 65. Le deuxième volume interne V2 est au moins partiellement rempli du fluide atmosphérique Fa. L’organe de chargement 65 est prévu pour mesurer une valeur d’au moins un paramètre de chaque accumulateur 47, et pour commander l’alimentation de l’accumulateur 47 avec le courant électrique de charge Ce correspondant lorsque la valeur mesurée est inférieure ou égale à un seuil prédéfini. Le paramètre est, par exemple, une tension délivrée par l’accumulateur 47.
Le radiateur 70 est configuré pour refroidir l’organe de chargement 65.
Le radiateur 70 est, de préférence, un radiateur à ailettes.
Le radiateur 70 s’étend hors du boîtier 60. Par exemple, le radiateur 70 est en contact thermique avec l’organe de chargement 65 et traverse une paroi du boîtier 60. En particulier, les ailettes du radiateur 70 sont situées en dehors du boîtier 60.
Le chargeur 35 est interposé entre le dispositif de stockage 25 et le dispositif de commutation 30.
Le premier circuit de refroidissement 40 et le deuxième circuit de refroidissement 45 sont représentés schématiquement sur la figure 2.
Le premier circuit de refroidissement 40 est configuré pour refroidir le dispositif de stockage 25 et le dispositif de commutation 30.
Il est entendu par « circuit de refroidissement » une installation comportant plusieurs éléments, l’installation étant propre à refroidir au moins un des éléments de l’installation par circulation d’un fluide de refroidissement Fr.
Le premier circuit de refroidissement 40 comporte une source 75 de fluide de refroidissement Fr, une première conduite 80, un premier échangeur 85, une deuxième conduite 90, un premier organe de pompage 95, un deuxième échangeur 100 et le radiateur 70.
La source 75 est, de préférence, la conduite d’injection 23. Le fluide de refroidissement Fr est alors l’air fourni par le système de climatisation 17.
La première conduite 80 relie la source 75 au premier échangeur 85. Cela signifie que la première conduite 80 est configurée pour permettre à un flux de fluide de refroidissement Fr de traverser la première conduite 80 depuis la source 75 jusqu’au premier échangeur 85.
Le premier échangeur 85 est propre à refroidir le dispositif de stockage 25 par circulation du fluide de refroidissement Fr. Cela signifie que, lorsqu’un flux de fluide de refroidissement Fr traverse le premier échangeur 85, le premier échangeur 85 est propre à transférer au moins une partie d’une énergie thermique du dispositif de stockage 25 au fluide de refroidissement Fr.
Le premier échangeur 85 est, par exemple, un échangeur à plaques. Les échangeurs à plaques sont des échangeurs composés d’un grand nombre de plaques superposées les unes aux autres et distantes l’une de l’autre de quelques millimètres.
Le premier échangeur 85 forme un support pour au moins un accumulateur 47. Cela signifie que le premier échangeur 85 est configuré pour exercer sur l’accumulateur 47 une force s’opposant au poids de l’accumulateur 47. Par exemple, le premier échangeur 85 est situé, lorsque le véhicule 10 circule dans des conditions normales d’utilisation, sous le dispositif de stockage 25. De préférence, lee premier échangeur 85 est en contact avec un fond de chaque accumulateur 47.
La deuxième conduite 90 relie le premier échangeur 85 au deuxième échangeur 100. L’organe de pompage 95 est configuré pour générer un deuxième flux F2 du fluide de refroidissement Fr. L’organe de pompage 95 comporte, par exemple, un ventilateur situé dans la deuxième conduite 90. De préférence, l’organe de pompage 95 comporte deux ventilateurs montés en série situés chacun dans la deuxième conduite 90.
Le deuxième échangeur de chaleur 100 est configuré pour refroidir le dispositif de commutation 30 par circulation du fluide de refroidissement Fr. Le deuxième échangeur 100 est, de préférence, un échangeur à plaque.
Le deuxième échangeur 100 présente une ouverture 105 de sortie du fluide de refroidissement Fr. L’ouverture de sortie 105 est située en regard du radiateur 70. Cela signifie que l’ouverture de sortie 105 est configurée pour diriger le deuxième flux F2 jusqu’au radiateur 70.
Le premier circuit de refroidissement 40 définit un sens de circulation du fluide de refroidissement Fr depuis un amont et un aval. L’amont et l’aval sont définis par le fait que le fluide de refroidissement Fr se déplace depuis l’amont vers l’aval lorsque l’organe de pompage 95 génère le deuxième flux F2.
Le premier circuit de refroidissement 40 relie, dans un ordre allant de l’amont vers l’aval, le premier échangeur 85, le deuxième échangeur 100 et le radiateur 70. En particulier, lorsque l’organe de pompage 95 génère le deuxième flux F2, le deuxième flux F2 traverse le premier échangeur 85, puis le deuxième échangeur 100, avant d’atteindre le radiateur 70.
Le deuxième circuit de refroidissement 45 est configuré pour générer un troisième flux F3 de fluide atmosphérique Fr.
Le deuxième circuit de refroidissement 45 est distinct du premier circuit de refroidissement 40. Cela signifie que le deuxième circuit de refroidissement 45 est configuré pour empêcher la circulation de fluide de refroidissement Fr entre le premier circuit de refroidissement 40 et le deuxième circuit de refroidissement 45.
Le deuxième circuit de refroidissement 45 est configuré pour refroidir le chargeur 35.
Le deuxième circuit de refroidissement 45 relie le dispositif de commutation 30 au chargeur 35. De préférence, le deuxième circuit de refroidissement 40 relie le premier volume interne V1 du dispositif de commutation 30 au deuxième volume interne V2 du chargeur 35.
Le deuxième circuit de refroidissement 45 est un circuit fermé.
Le deuxième circuit de refroidissement 45 comporte une troisième conduite 110, une quatrième conduite 115 et un deuxième organe de pompage 120.
La première conduite 110 relie le deuxième volume interne au troisième volume interne et la quatrième conduite 115 relie le deuxième volume interne V2 au troisième volume interne V3.
Le deuxième organe de pompage 120 comporte au moins un ventilateur, de préférence deux ventilateurs placés en série.
Le fonctionnement du premier circuit de refroidissement 40 et du deuxième circuit de refroidissement 45 va maintenant être décrit.
Lorsque le système de climatisation 17 et le premier circuit de refroidissement 40 fonctionnent, le système de climatisation 17 génère le premier flux F1 d’air et le premier organe de pompage 95 génère le deuxième flux F2.
Le deuxième flux F2 circule à travers le premier circuit de refroidissement 40 depuis la conduite d’injection 23 jusqu’au radiateur 70. En particulier, le deuxième flux F2 traverse, dans un ordre allant de l’amont vers l’aval, la première conduite 80, le premier échangeur 85, la deuxième conduite 90, le deuxième échangeur 100 et l’ouverture de sortie 105.
Le deuxième flux F2 présente un débit inférieur ou égal à 250 mètres cubes par heure.
Le premier échangeur 85 refroidit alors le dispositif de stockage 25 et le deuxième échangeur 100 refroidit alors le dispositif de commutation 30. Cela est représenté par des flèches 125 sur la figure 2. En particulier, le deuxième échangeur 100 refroidit l’organe de commutation 50 et le fluide atmosphérique Fa présent dans le premier volume interne V1.
Après avoir traversé l’ouverture de sortie 105, le deuxième flux F2 baigne le radiateur 70. Cela signifie que le radiateur 70 est au moins partiellement entouré par le deuxième flux F2. Le radiateur 70 est alors refroidi par le deuxième flux F2.
Lorsque le deuxième circuit de refroidissement 45 est en fonctionnement, le deuxième organe de pompage 120 génère le troisième flux F3 de fluide atmosphérique Fa.
Le troisième flux F3 circule depuis le premier volume interne V1 jusqu’au deuxième volume interne V2, et vice-versa. En particulier, le troisième flux F3 circule depuis le premier volume interne V1 jusqu’au deuxième volume interne V2 à travers la troisième conduite 110 et depuis le deuxième volume interne V2 jusqu’au premier volume interne V1 à travers la quatrième conduite 110.
Le fluide atmosphérique Fa présent dans le premier volume interne V1 étant refroidi par le deuxième échangeur 100, le deuxième circuit de refroidissement 45 refroidit donc l’organe de chargement 65.
Le troisième flux F3 présente un débit inférieur ou égal à 400 mètres cubes par heure (m3/h). Le débit est, par exemple, compris entre 360 m3/h et 400 m3/h.
Le débit est contrôlé par l’organe de commutation 50 en fonction d’une différence de température entre le dispositif de stockage 25 et le dispositif de commutation 30.
Le système d’alimentation 20 permet un refroidissement plus efficace de ses composants que les systèmes d’alimentation de l’état de la technique. En particulier, le dispositif de stockage 25 et le chargeur 30 sont mieux refroidis.
La durée de vie du dispositif de stockage 25 et du chargeur 30 est alors améliorée.
Le système d’alimentation 20 est donc plus adapté à une utilisation dans un pays chaud que les systèmes de refroidissement de l’état de la technique.
En outre, le fluide de refroidissement Fr étant prélevé dans la conduite d’injection 23 du système de climatisation 17, le débit du deuxième flux F2 est faible, le fonctionnement du système de climatisation 17 n’est donc pas pénalisé par le fonctionnement du premier circuit de refroidissement 40.
De plus, le dispositif de stockage 25 et le chargeur 30 sont refroidis efficacement et ne nécessitent alors pas d’ouvertures d’aération donnant sur l’extérieur. L’entrée de poussières ou de particules nuisibles dans le dispositif de stockage 25 et le chargeur 30 est donc limitée. La durée de vie du dispositif de stockage 25 et du chargeur 30 est, là encore, améliorée.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS
    1, -Véhicule (10) comportant un moteur électrique et un système d’alimentation (20), le système d’alimentation (20) comportant : • un dispositif de connexion propre à recevoir d’une source externe au véhicule un premier courant (C1) pour l’alimentation du moteur, • un dispositif de stockage d’énergie électrique (25) propre à générer un deuxième courant (C2) pour l’alimentation du moteur, • un dispositif de commutation électrique (30) propre à commuter entre une première position dans laquelle le dispositif de commutation (30) alimente le moteur avec le premier courant (C1) et une deuxième position dans laquelle le dispositif de commutation (30) alimente le moteur avec le deuxième courant (C2), et • un premier circuit de refroidissement (40), le premier circuit de refroidissement (40) comprenant un premier échangeur de chaleur (85) propre à refroidir le dispositif de stockage d’électricité (25) par circulation d’un fluide de refroidissement (Fr) et un deuxième échangeur de chaleur (100) propre à refroidir le dispositif de commutation électrique (30) par circulation du fluide de refroidissement (Fr).
  2. 2. - Véhicule (10) selon la revendication 1, comprenant un volume utile (V) et un système de climatisation (17) propre à injecter un flux d’air (F1) dans le volume utile, le système de climatisation (17) comprenant une conduite (80) d’injection d’air dans le premier échangeur (85).
  3. 3. - Véhicule (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le dispositif de stockage (25) comporte une pluralité d’accumulateurs (47), le système d’alimentation (20) comportant un chargeur (35) propre à commander l’alimentation individuelle de chaque accumulateur (47) avec un courant électrique de charge (Ce) et un deuxième circuit de refroidissement (45) distinct du premier circuit de refroidissement (40), le deuxième circuit de refroidissement (45) reliant le dispositif de commutation (30) au chargeur (35).
  4. 4, - Véhicule (10) selon la revendication 3 prise avec la revendication 2, dans lequel le chargeur (35) comporte un boîtier (60) et un radiateur (70) s’étendant hors du boîtier (60), le premier circuit de refroidissement (40) étant propre à définir un sens de circulation depuis un amont vers un aval, le premier circuit (40) reliant, dans un ordre allant de l’amont vers l’aval, le premier échangeur (85), le deuxième échangeur (100) et le radiateur (70).
  5. 5. - Véhicule (10) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le chargeur (35) est interposé entre le dispositif de stockage (25) et le dispositif de commutation (30).
  6. 6. - Véhicule (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le dispositif de stockage (25) comporte au moins un accumulateur (47) et le premier échangeur (85) forme un support pour l’accumulateur (47).
  7. 7. - Véhicule (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel au moins un échangeur (85,100) est un échangeur à plaques.
  8. 8. - Véhicule (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le véhicule (10) est un véhicule ferroviaire.
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